JPS60181915A - 座標検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の技術分野 本発明は座標入力装置に係り、特に抵抗膜を設けた基板
とそれに付加されるインピーダンスとを有する座標検出
装置に関する。

（２）技術の背景 オフィスオートメーションなどの発達により。

コンピュータに図や文字などを入力、処理することが盛
んに行われている。図や文字などの久方装置としてはキ
ーボードが代表的であるが、そのほか特定のボード上で
指やペンなどによって位置を指定し、その座標を入力す
ることによって図又は文字などの入力を行なう座標入力
装置がある。

（３）従来技術と問題点 上記のような座標入力装置の一方式としては。

ボード上に多数のセンサを格子状に配置し、指やペンな
どによって指示し、該位置のセンサからの信号によって
その座標をめるという方式のものがある。しかし、この
ような方式のものは座標の入力精度が配置されるセンサ
の密度によって決定−されてしまうため、高精度の座標
入力が難しいという問題点があった。

座標入力装置の他の一方式としては、入力ボードとして
抵抗シートを用い、抵抗シート両端よりインピーダンス
接続点（指又はペンなどの接触点）へ電流を流し、その
電流比から接続点の座標をめるという方式がある。この
ような方式の原理を第１図に示す。

材質が均一な抵抗シート１の左端子２には、電流計測器
９を介して電源８の片側の端子５が接続される。抵抗シ
ート１の右端子３には、電流計測器１０を介して同じく
電源８の片側の端子５が接続される。電源８の他方の端
子はアース７に接地される。電流計測器９の出力はＡ／
Ｄ変換器１１に接続され、電流計測器１０の出力はＡ／
Ｄ変換器１２に接続される。

Ａ／Ｄ変換器１１及び１２の出力は制御装置１３に接続
される。そして抵抗シート１上の任意の位置４を片側が
アース７に接地された指や指示ペンなどのインピーダン
ス７によって指示する。

これによって抵抗シート１において左端の座標が０、右
端の座標が１であるシート上の任意の位置４の座標Ｘ（
０≦Ｘ≦１）が指示される。

このような状態で端子２と４の間の抵抗値をＲｘ、端子
３と４の間の抵抗値をＲｌ−Ｘとする。また端子２から
４に流れる電流を■つ、端子３から４に流れる電流を１
８とする。この時、均一な材質でできている抵抗の抵抗
値は抵抗の長さに比例するので指示点４の座標Ｘは。

ｘ＝Ｒｘ／　（Ｒｘ＋Ｒ＋−ｘ）　・−−−・ｔｔ＋に
よって与えられる。また抵抗値Ｒｘによる電圧降下と抵
抗値ＲＩ−Ｈによる電圧降下は等しいので。

ＲＸＩＸ−Ｒ１−うＩ、−８・・・・・・・・（２）な
る関係が成立する。（１）式及び（２）式より。

Ｘ”’　Ｉ＋−ｘ／　（Ｉ　ｘ　＋ＩＩ−Ｘ）　・　・
　・　・　１３１となる。即ち一指示点４の座標Ｘは、
端子２と４の間に流れる電流１．と、端子３と４の間に
流れる電流Ｉ　１−Ｘが解かればめることができる。従
ってこれらの電流■８及び１．−８を、電流測定器９及
びＩＯで電圧値として検出し、Ａ／Ｄ変換器ＩＩ及び１
２によってそれぞれデジタル値に変換した後、制御装置
１３によって前記（３）式を計算することによって、座
標Ｘをデジタル値としてめることができる。

このような従来方式によれば抵抗シート１上の任意の位
置の座標Ｘ（左端の座標をＯ９右端の座標を１としてそ
の間の値）を、デジタル値としてめることができる。し
かし、電流を計測するための電流計測器９及び１０とし
て電流を電圧に変換するためのオペアンプなどが必要で
あり、またＸの値を精度良くめるために量子化精度の高
いＡ／Ｄ変換器１１及び１２が必要であり、それによっ
て回路が複雑になり、コストが高くつくという問題点が
あった。

（４）発明の目的 本発明は上記問題点を除くために、前記抵抗シート上の
座標を検出するための電気回路を簡略化できるコストの
安い座標検出装置を提供することを目的とする。

（５）発明の構成 そして上記目的は本発明によれば、基板上に抵抗膜を配
置した座標入カバネルと、該抵抗膜上の一点を指示する
座標指示手段と、前記抵抗膜の両端に接続され、該両端
の電位を一定の関係に保つバッファ回路と、前記抵抗膜
の一端に接続され。

該一端と前記座標指示手段のアースとの間のインピーダ
ンスを検出する検出手段と、該検出手段の出力値を用い
て前記座標指示手段によって指示された前記抵抗膜上の
座標位置を計算する演算手段とを有することを特徴とす
る座標検出装置を提供することによって構成される。

（６）発明の実施例 以下本発明の実施例について詳細に説明を行なう。

第２図は本発明の詳細な説明するための図である。

抵抗シート１は第１図で説明した従来例の場合と同じも
のであり２片側がアース１７に接地されたインピーダン
スＺｏ（指や指示ペンに相当）によって指示点４を指示
し、その座標Ｘを検出する。

この場合も抵抗シート１の左端子２の座標が０゜右端子
３の座標が１であり、指示点４の座標ＸはＯ≦Ｘ≦１の
値をとる。本発明が従来例と異なる点は、抵抗シート１
の両端子は従来例のように電源に接続されているのでは
ないという点である。

その代りに端子１４が端子２に接続されると共にオペア
ンプ１５を介して端子３に接続されている。

即ら端子１４ばオペアンプ１５の非反転入力に接続続さ
れ、オペアンプ１５の出力は端子３に接続される。また
オペアンプ１５の出力はオペアンプ１５自身の反転入力
にも接続されている。

以上のような構成の回路におい工、オペアンプ１５はボ
ルテージフォロアの動作をするバッファ回路となってい
る。即ち本発明の特徴は抵抗シート１の端子２及び３が
バッファ回路によって接続されている点である。

このような構成によって端子２及び３のアース１７に対
する電位は等しくなり、がっオペアンプ１５の入力イン
ピーダンスは無限大と考えることができるので１ｍ子１
４がら流れる電流には端子３から指示点４へ流れる電流
は含まれないという特性になる。

今、端子２及び３０部分のアース１７に対する電位を■
、指示点４０部分のアース１７に対する電位をＶａとす
る。また端子２と４の間の抵抗値及び端子３と４の間の
抵抗値を第１図の場合と同様にそれぞれＲ，及びＲ＋−
ｘとする。そして端子１４とアース１７の間のインピー
ダンスをＺｏ、ＲＸ及びＲ＋−ｘを合成した等測的なイ
ンピーダンスをＺとする。本発明は座標Ｘがこのインピ
ーダンス２の関数になるということを利用するものであ
る。

以下、このインピーダンスＺを計算してみる。

まず、インピーダンスＺｏに流れる電流Ｖａ／Ｚｏは、
指示点４を介してＲＸに流れる電流（ＶＶａ）／Ｒｘと
＋Ｒ＋−ｘに流れる電流（ｖ−Ｖａ）／Ｒ，−Ｘの和と
なる。即ち。

となる。ところが実際にはＲ，−ウには前記した理由で
電流が流れないと考えることができるので１等価インピ
ーダンスＺに流れる電流Ｖ／Ｚは、ＲＸに流れる電流（
ＶＶａ）／Ｒｘに等しくなる。

すなわち。

Ｖ−Ｖａ Ｚ　Ｒ，”””（５） となる。（４）式及び（５）式がらＶ及びＶａを消去し
てＺをめると。

となる。ここでＲｘ　＋　Ｒｌ−ｘ　がインピーダンス
Ｚｏの大きさ１Ｚｏｌに比べて充分に小さくなるように
Ｒｘ、Ｒ，−、及びＺｏを設定すれば、（６）式は近似
的に。

Ｋ１−× とすることができる。ここで抵抗シート１は従来例と同
じなので前記（３）式（従来例）を変形して。

となる。（８）式を（７）式に代入して等号で結びＸを
めると。

０ ２　°°゛°゛°（９） となる。（９）式を見て分がるように、第２図のような
構成にすることによって、指示点４の座標Ｘは端子１４
とアース１７の間の等価インピーダンスＺと反比例の関
係になっている。従ってこの等価インピーダンス２及び
インピーダンスＺｏの値を測定し、（９）式を計算すれ
ば座標Ｘの値を計算することができる。

以上本発明の原理をまとめれば、抵抗シート１の両端子
をボルテージフォロワによるバッファ回路で接続し、抵
抗シート１の抵抗値が指示点を指示するための指や指示
ペンのインピーダンスＺａの大きさに比べて十分小さく
なるように設定する。

そしてインピーダンスＺｏをあらかじめ測定しておき、
端子１４とアース１７の間の等価インピーダンスＺを適
当な測定手段によって測定する。こうしてまったＺ及び
Ｚａを用いて（９）式を計算することによって指示点４
の座標Ｘを検出することができる。

第２図のような構成における上記インピーダンスの具体
例として、インピーダンスＺａが容量である場合につい
て考えてみる。今、その容量をＧｏとすると。

となる。ただし、ｊは複素量を表わす記号、ωは容量に
付加される信号の角周波数である。（１０）式を（７）
式に代入し等号で結ぶと。

となる。従って端子１４アース１７の間の等価インピー
ダンス２も。

Ｃ＝Ｃｏ・−−−−一−−・・・・・・　（１２）ＲＸ
→−Ｒ，−８ という容量値をもつ等測的な容量になることがわかる。

（８）式と（１２）式を用いてＸをめると。

Ｘ＝１−（Ｃ／Ｃｏ）　・・・・・　（１３）となる。

以上よりインピーダンスＺｏに容量を用いた場合は、端
子１４とアース１７の間の等価インピーダンスも容量と
なり、それらの値より　（１３）式から座標Ｘをめるこ
とができる。

次に第３図は第２図の構成において、インピーダンスＺ
ｏとして上記のような容ｆｆ１ｃａを用い。

さらにこの容量Ｃｏ及び端子１４とアース１７の間の等
酒客量Ｃの値を測定し、（１３）式より座標Ｘを計算す
る手段を備なえた本発明による座標検出装置の実施例で
ある。破線１８で囲まれた９８分の構成は第２図の構成
と同じであるので、その説明は省略する。ただしインピ
ーダンス１６としては、大きな容量値Ｃｏ（例えばｔｏ
ｏｏｐｐ）を有する容量ペンを用いている。端子１４は
ＣＲディジタル発振器１９に接続され、その出力パルス
は制御装置２０に接続される。そして制御ｚ１１装Ｒ２
０の出力として座標値が取り出される。

以上のような構成において端子１４とアース１７の間の
等酒客量をＣとする。今ＣＲディジタル発振器１９の出
力パルスの発振周期は端子１４に接続された人力容量に
正比例し、制御装置２０はその発振周期を計算するため
のタイマーを有している。そのようなタイマーとしては
入力パルスに比べて周波数の高いクロックに従って一定
時間内の入力パルスの数をδ１数するカウンタなどがあ
る。

ここでＣＲディジタル発振器１９の出力パルスの発振周
期と人力容量との間の比例定数をｋとする。

そして端子１４からの入力容量がＣＯの時の発振周期を
　Ｔｏ、Ｃの時の発振周期をＴとすると。

それぞれ。

Ｔｏ−に−ｃｏ　・・・・・・・・　（１４）Ｔ　＝に
−Ｃ・・・・・・・・・　（１５）なる関係がある。（
１４）弐及び（１５）式と（１３）式とから。

ｘ−１−（Ｔ／ＴＯ）　・・・・　・　（Ｉ６）なる関
係が導かれる。これよりまず制御装置２０によって、Ｃ
Ｒディジタル発振器Ｉ９の入力容量が容量ペン１６によ
る容量Ｃｏのみの場合の発振周期Ｔｏをあらかじめめて
おく。そして同じく制御装置２０によって座標Ｘの時の
容量Ｃの場合の発振周期Ｔをめて、（１６）式を演算す
れば。

座標Ｘをめることができる。この場合容量ｃ。

の時の発振周期Ｔｏは、具体的には容量ペン１６と抵抗
シート１の左端子２に接触させることによって計算でき
、この値は制御装置２０内の適当な記憶手段に記憶され
る。続けて抵抗シート１上の適当な指示点４を指示し、
その時の等酒客量Ｃに対応する発振周期Ｔを制御装置２
０によって計算し、この値と先に記憶されているＴｏの
値とから（１６）式が計算され、出力として座標Ｘの値
が出力される。

このような実施例において、ＣＲディジタル発振器は既
に安価な製品として市販されており、制御装置２０　も
簡単なタイマーと演算装置及びランチなどの記憶装置な
どのみから構成できるので。

高信頼性を保ったまま全体的なコストを安くすることが
できる。

なお、上記実施例においてはインピーダンス１６として
容量ペンを用いたが２人の指でも同じような容量として
用いることができるので、同様の効果を得ることができ
る。これを用いて例えばコンピュータなどにおけるＣＲ
Ｔディスプレイ装置の一部に２本発明による抵抗シート
を配置し指で接触指示すれば、情報入力用のタッチパネ
ルとして用いることもできる。この場合などでは、抵抗
シートとしては透明なものを用いると非常に使いやすく
なる。また、抵抗シートの表面と適当な絶縁物で被覆し
ても指で指示すれば、その部分も容量となるので同様の
効果を得ることができる。

さらに他の実施例としては、抵抗シートの代りにホトコ
ンと抵抗膜などからなる光入力装置を用い、光の入射位
置による抵抗値の変化を利用すれば、レーザー光照射位
置や偏向角などを検出することができる。これはさらに
ライトペンなどに応用することができる。また、抵抗シ
ートの代りに感圧ゴムなどを用いれば、圧力位置なども
検出することができる。

（７）発明の効果 本発明によれば簡単なバッファ回路を伺加することによ
り、Ａ／Ｄ変換器などの高価なアナログデバイスを必要
とせずに、高い信頼性を有する座標検出装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の座標検出装置の構成図。 第２図は本発明による座標検出装置の原理説明図。 第３図は本発明による座標検出装置の構成図である。 １・・・抵抗シート、　２．３・・・端子。 ４・・・指示点、　１４・・・端子。 １５・・・オペアンプ、　１６・・・インピーダンス（
容量ペン）、　１９・・・ＣＲディジタル発振器、　２
０・・・制御装置第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）基板上に抵抗膜を配置した座標入カバネルと、該
   抵抗膜上の一点を指示する座標指示手段と。 前記抵抗膜の両端に接続され、該両端の電位を一定の関
   係に保つバッファ回路と、前記抵抗膜の一端に接続され
   、該一端と前記座標指示手段のアースとの間のインピー
   ダンスを検出する検出手段と。 該検出手段の出力値を用いて前記座標指示手段によっ゛
   ζ指示された前記抵抗膜上の座標位置を計算する演算手
   段とを有することを特徴とする座標検出装置。 （２）前記第１項記載の基板及び抵抗膜は透明な材質に
   よって構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の座標検出袋−０（３）前記第１項記載の抵
   抗膜ば絶縁物によって被覆されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の座標検出装置。 （４）前記第３項記載の絶縁物、抵抗膜及び絶縁物は透
   明であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   座標検出装置。 （５）前記第１項記載のバッファ回路はボルテージフォ
   ロア回路であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の座標検出装置。